EP1229992A1 - Filteranordnung zum abscheiden von russpartikel aus einem abgasstrom - Google Patents

Filteranordnung zum abscheiden von russpartikel aus einem abgasstrom

Info

Publication number
EP1229992A1
EP1229992A1 EP00978922A EP00978922A EP1229992A1 EP 1229992 A1 EP1229992 A1 EP 1229992A1 EP 00978922 A EP00978922 A EP 00978922A EP 00978922 A EP00978922 A EP 00978922A EP 1229992 A1 EP1229992 A1 EP 1229992A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channels
filter
voltage pulses
electrodes
pulses
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP00978922A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1229992B1 (de
Inventor
Carl Maria Prof. Dr. Fleck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to AT00978922T priority Critical patent/ATE259255T1/de
Publication of EP1229992A1 publication Critical patent/EP1229992A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1229992B1 publication Critical patent/EP1229992B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/42—Auxiliary equipment or operation thereof
    • B01D46/50—Means for discharging electrostatic potential
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/66—Regeneration of the filtering material or filter elements inside the filter
    • B01D46/80—Chemical processes for the removal of the retained particles, e.g. by burning
    • B01D46/84—Chemical processes for the removal of the retained particles, e.g. by burning by heating only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B01D53/323—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 by electrostatic effects or by high-voltage electric fields
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
    • B03C3/04—Plant or installations having external electricity supply dry type
    • B03C3/14—Plant or installations having external electricity supply dry type characterised by the additional use of mechanical effects, e.g. gravity
    • B03C3/155—Filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/01—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust by means of electric or electrostatic separators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/0211—Arrangements for mounting filtering elements in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
    • F01N3/0275—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means using electric discharge means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0892—Electric or magnetic treatment, e.g. dissociation of noxious components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2279/00—Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses
    • B01D2279/30—Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses for treatment of exhaust gases from IC Engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/12—Hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14—Nitrogen oxides
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/10—Residue burned
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/30—Exhaust treatment

Definitions

  • the invention relates to a filter arrangement for separating and converting soot particles from an exhaust gas stream according to the preamble of claim 1.
  • soot particles are deposited at the pore boundaries of a porous ceramic and burned off from time to time by applying a voltage to the electrodes of the filter. While the deposition of the soot particles is essentially mechanical, the applied DC voltage is used for the thermal combustion of deposited particles, which is caused by the relatively high currents through the conductive soot deposits.
  • the porous ceramic is traversed by axially extending channels through which the exhaust gas is passed.
  • the channels are open at one end and closed at the other end.
  • the prior art provides that the essentially square channels, which are open and closed on one and the same end face of the honeycomb body, are distributed in a checkerboard fashion. As a result, pressure differences build up over all four walls of each channel, so that the exhaust gas flows through all four walls of each channel and soot particles contained therein are deposited around the pores of these walls.
  • a direct voltage is applied for the thermal combustion of the soot deposits, there are high local temperatures within the entire honeycomb body, which places a heavy load on the filter material. In addition, this type of soot burn-up is associated with high energy expenditure.
  • the soot is deposited by charging in the channels open on both sides of a honeycomb body made of a dense ceramic by an electrical DC voltage field and is continuously electrochemically oxidized to carbon dioxide by a gas plasma the separation field is excited.
  • this DC voltage field has the task on the one hand of ensuring the separation of the soot particles, and on the other hand also effects the combustion of the separated particles. The latter necessitates the use of high direct voltages, which can lead to structural damage to the honeycomb filter, especially when an undesired spark is formed.
  • the aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a filter arrangement of the type mentioned in the introduction, in which there is sufficient soot separation under all conditions and also in the event of sudden load changes.
  • the proposed measure mechanically retains the soot particles in the walls of the honeycomb body running parallel to the electrodes, the deposition of the soot particles also being supported by the electrical field which forms due to the voltage pulses.
  • the soot particles are converted or oxidized to carbon dioxide and the filter is regenerated so that it cannot clog.
  • the soot is not burned off simply by heating and thus thermally burning off the soot particles, but rather by massive electron bombardment within the channels.
  • ⁇ [c 2 / Vs] mean the mobility of the free electrons in the electric field
  • E [V / cm] the electric field strength
  • x ⁇ [sec] the pulse duration
  • d [cm] the distance between the channel walls in the field direction.
  • the second condition must be determined experimentally, since it is determined by the number of porous ceramic partitions of the honeycomb body. Without these partitions, the time required for pre-sparking is between 0.2 ⁇ s and 0.5 ⁇ s. Due to the numerous partition walls between the channels of a honeycomb body, the following open interval can be estimated for the permitted upper limit ⁇ 2 of the pulse width ⁇ and within the scope of realistic field strengths:
  • the features of claim 3 have the advantage that the deposition of the soot particles can be influenced by the field pulses and a change in polarity ensures that the soot particles are separated on both partition walls of each channel running parallel to the electrodes and by the resultant Plasma are oxidized.
  • the polarity can be changed after each individual pulse or after a certain number of pulses.
  • the voltage pulses causing an electron emission or a considerable acceleration of the electrons can, however, also be modulated as high-frequency pulses on a sequence of bipolar low-frequency pulses with a pulse duration of at least 10 ms, whereby the pulse duration of the low-frequency pulses can also be 2 to 3 seconds. It only has to be ensured that the to the Electrode voltage drops so far to avoid significant electron emission or acceleration of the same in the channels of the honeycomb body.
  • the polarity of the high-frequency voltage pulses can be changed when the polarity of the low-frequency pulses changes.
  • the features of claim 4 charge the soot particles before they enter the honeycomb body, thereby improving the separation of the soot particles.
  • the features of claim 7 ensure on the one hand that a sufficiently strong electrical pulse field is built up to ensure safe separation and conversion of the soot particles and on the other hand the voltage source and the honeycomb body are protected against overload.
  • the features of claim 9 result in the advantage that the high electric field strengths in the channels of the honeycomb body, in addition to the separation and conversion of soot particles, also lead to a dissociation of NO x contained in the exhaust gas.
  • the proposed measures ensure that there are no pressure differences between the adjacent channels separated by a wall running perpendicular to the electrodes and therefore there is practically no deposition of soot particles in the area of these walls, so that these walls maintain a correspondingly high electrical resistance. As a result, the formation of a correspondingly high electrical pulse field inside the channels due to the voltage pulses applied to the electrodes.
  • Fig. 1 is a schematic exploded view of the arrangement of a cylindrical embodiment of the filter between a funnel-shaped supply of exhaust gas and an exhaust;
  • FIG. 3 schematically shows a detail from an end view of a honeycomb body according to FIG. 1 for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 4 schematically shows a longitudinal section through a honeycomb body according to FIG. 1 ;
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the honeycomb body using a rectangular cross section
  • FIG. 6 schematically shows an end view of the honeycomb body along the line VI in FIG. 5;
  • Fig. 7 schematically shows a longitudinal section through a honeycomb body along the line VII-VII in Fig. 5;
  • Fig. 8 is a block diagram for generating the pulse train for applying the electrodes.
  • Fig. 1 shows the preferred embodiment of the filter, in which a cylindrical geometry of the honeycomb body 6 is selected with a central, axially extending bore 7. This bore 7 is closed on both sides with a plug 8 made of insulating material.
  • An electrode 3 (not shown in FIG. 1) is located within the resulting cavity, which is attached to the inside of the lateral surface of the honeycomb body and to which a high voltage is applied via a suitable feed (not shown in FIG. 1). Careful sealing of the bore 7 is crucial to prevent the formation of conductivity bridges between the electrodes 3 and 4 due to soot deposits.
  • FIG. 3 which shows a section of the inflow side of a honeycomb body made of a porous ceramic
  • Channels 1, 2 having electrodes 3, 4 on the inflow side either closed with plugs 5 (channels 2) or open (channels 1).
  • the clear height of channels 1, 2, i.e. whose cross-sectional extent extending perpendicular to the electrodes 3, 4 is advantageously less than 0.2 cm, advantageously less than 0.1 cm, and is therefore smaller than is required for the formation of a spark ( ⁇ treamer) with a full ionization field.
  • the adjacent layers of channels 1 and 2 are arranged offset from each other like brick walls, the adjacent layers of channels 1 and 2 being alternately closed or open on the inflow side 9 in the radial direction or in the direction perpendicular to the electrodes 3, 4 , As can be seen from FIGS. 2 and 4, the channels 1 open on the inflow side 9 are closed on the outflow side 10 by plugs 5 and vice versa. As a result, the exhaust gases flowing through the honeycomb body are forced to flow through the continuous walls running parallel to the electrodes 3, 4 between channels 1, 2 having a different normal distance from the electrodes 3, 4.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the filter, in which honeycomb bodies with essentially rectangular cross sections are provided.
  • the inner electrode 3 is arranged between two honeycomb bodies 11, 12, each with a rectangular cross section.
  • the inner electrode 3, which is formed, for example, from a conductive ceramic, is completely surrounded by insulating material 14, for example an insulating ceramic.
  • insulating material 14 for example an insulating ceramic.
  • the two honeycomb bodies 11, 12 are thus separated by an insulating layer 14 on the end face of the filter.
  • the channels 1, 2 are offset from one another in the manner of brick walls and the openings of those channels which are at the same normal distance from the insulating separating layer and thus also from the electrode 3 are either all closed or open.
  • the high voltage is coupled in via a feed line 13, as is shown schematically in FIGS. 5 and 7.
  • Fig. 7 shows a cross section along the line VII-VII in Fig. 5, the channels therefore all appear with an open cross section.
  • 8 shows a block diagram for generating high-voltage pulses from a DC voltage source 15.
  • the DC voltage preferably 12-24 V
  • the control part 17 processes information about engine-specific data such as pressure, speed or temperature.
  • a pulse converter 18 forms pulse sequences in which the polarity of successive pulses either always changes or only after a sequence of pulses of the same polarity.
  • FIG. 1 shows a feed line 13
  • FIG. 1 shows a feed line 13
  • Fig. 7 shows a cross section along the line VII-VII in Fig. 5, the channels therefore all appear with an open cross section.
  • 8 shows a block diagram for generating high-voltage pulses from a DC voltage source 15.
  • the DC voltage preferably 12-24 V
  • the control part 17 processes information about engine-
  • the high-voltage pulses of 10-50 kV supplied by a circuit of this type are preferably applied to the electrode 3, the electrode 4 being connected to ground. Because of these voltage pulses, an electrical pulse field forms in channels 1, 2.
  • Ignition of the electrical field is prevented by a high-frequency pulse field being switched on and off either unipolar or bipolar, that is to say a pause is inserted both after a unipolar pulse and after a bipolar pulse.
  • This pause serves to disperse the ions of the spark before by drift in residues of the electric field and diffusion. If sparks occur despite these measures, they can be detected and, according to the invention, the pauses between the individual pulses can be extended.
  • pulses of one polarity can also be repeated several times in order to then be followed by pulses of the other polarity.
  • high-frequency pulses of one polarity can each sit on a low-frequency pulse of the same polarity, the polarity of which also changes with the change in polarity of the high-frequency pulses.
  • the pulse field method according to the invention is of particular advantage due to the prior charging of the soot particles in an electrical discharge, since both the reversible and the irreversible part are caused by the contribution of the electrical deposition in the pulse field, which does not deposit the soot in the immediate vicinity of the pores the build-up of pressure is greatly delayed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Vorrichtung zum Abscheiden und Umwandeln von Russpartikel aus einem Abgasstrom, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, in gasförmige Substanzen, bei dem das Abgas durch einen aus einer porösen Keramik hergestellten Wabenfilter (6), dessen axial verlaufende Kanäle (1,2) lediglich jeweils an einer Stirnseite des Filters offen und an der jeweils anderen Stirnseite verschlossen sind, hindurchgeleitet wird und zur Umwandlung der Rußpartikel eine Spannung an parallel zu den Kanälen (1, 2) des Wabenfilters (6) verlaufenden Elektroden (3, 4) angelegt wird. Das Verschließen der Kanäle (1, 2) an der Stirnseite erfolgt in der Art, dass die im jeweils gleichen Normalabstand von den Elektroden (3, 4) verlaufenden Kanäle (1, 2) an ihrer Stirnseite entweder alle offen oder alle geschlossen sind. Die Kanäle (1, 2) sind dabei ziegelmauerartig gegeneinander versetzt. An die Elektroden (3, 4) wird eine Folge von einer Elektronenemission in den Kanälen (1, 2) bewirkende Spannungsimpulsen angelegt, wobei zwischen den einzelnen Impulsen Pausen verbleiben, in denen eine Elektronenemission unterbleibt.

Description

Filteranordnung zum Abscheiden von Rußpartikel aus einem Abgasstrom
Die Erfindung bezieht sich auf eine Filteranordnung zum Abscheiden und Umwandeln von Rußpartikel aus einem Abgasstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei der aus US 5 141 714 bekannten derartigen Vorrichtung werden die Rußpartikel an den Porengrenzen einer porösen Keramik abgeschieden und von Zeit zu Zeit durch Anlegen einer Spannung an den Elektroden des Filters abgebrannt . Während die Abscheidung der Rußpartikel also im wesentlichen mechanisch erfolgt, dient die angelegte Gleichspannung zum thermischen Abbrand abgelagerter Partikel, was durch die relativ hohen Ströme über die leitenden Rußablagerungen bewirkt wird.
In alternativen Ausführungsformen ist die poröse Keramik von axial verlaufenden Kanälen durchzogen, durch die das Abgas geleitet wird. Die Kanäle sind dabei an einem Ende offen und am jeweiligen anderen Ende geschlossen. Der Stand der Technik sieht dabei vor, die an ein und derselben Stirnseite des Wabenkörpers offenen und geschlossenen, im wesentlichen quadratischen Kanäle schachbrettartig zu verteilen. Dadurch bauen sich über alle vier Wände eines jeden Kanals Druckdifferenzen auf, sodass das Abgas alle vier Wände eines jeden Kanals durchströmt und darin enthaltenen Rußpartikel um die Poren dieser Wände abgelagert werden. Bei Anlegen einer Gleichspannung zwecks thermischem Abbrand der Rußablagerungen kommt es daher innerhalb des gesamten Wabenkörpers zu hohen lokalen Temperaturen, was das Filtermaterial stark belastet. Außerdem ist diese Art des Rußabbrandes mit hohem Energieaufwand verbunden.
Um die zum Abbrennen der abgelagerten Rußpartikel erforderliche Temperatur zu erreichen, ist auch die Verwendung eines Additivs und einer Nacheinspritzung von Treibstoff, die jedoch nur durch ein "common rail " -Einspritzsystem möglich ist, sowie die Anordnung eines zusätzlichen Katalysators bekannt.
Diese diskontinuierliche Regeneration ist nicht nur sehr aufwendig, sondern kann bei extremer Kälte auch vollständig zum Erliegen kommen und somit ein komplettes Versagen der Dieselfahrzeuge bewirken.
Bei dem in AT 404 285 B (EP 088 0642 A) beschriebenen Verfahren wird der Ruß nach einer Aufladung in den beidseitig offenen Kanälen eines aus einer dichten Keramik hergestellten Wabenkörpers durch ein elektrisches Gleichspannungsfeld abgeschieden und kontinuierlich elektrochemisch durch ein Gasplasma zu Kohlendioxid oxidiert, das durch das Abscheidefeld erregt wird. Im Rahmen dieser Geometrie der beidseitig offenen Kanälen hat dieses Gleichspannungsfeld einerseits die Aufgabe, die Abscheidung der Rußpartikel zu gewährleisten, andererseits aber auch die Verbrennung der abgeschiedenen Partikel zu bewirken. Letzteres bedingt die Anwendung hoher Gleichspannungen, was zu strukturellen Beschädigungen am Wabenfilter führen kann, insbesondere dann, wenn es zur unerwünschten Bildung eines Funkens kommt.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Filteranordnung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der eine ausreichende Rußabscheidüng unter allen Bedingungen und auch bei plötzlichen Lastwechseln gegeben is .
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht .
Durch die vorgeschlagenen Maßnahme werden die Rußpartikel mechanisch in den parallel zu den Elektroden verlaufenden Wänden des Wabenkörpers zurückgehalten, wobei die Abscheidung der Rußpartikel auch durch das sich aufgrund der Spannungsimpulse ausbildende elektrische Feld unterstützt wird. Gleichzeitig kommt es aufgrund des impulsweise auftretenden elektrischen Feldes und der damit verbundenen Emission und Beschleunigung von Elektronen zu einer Umwandlung bzw. Oxidation der Rußpartikel zu Kohlendioxid und damit zu einer Regeneration des Filters, sodass dieser nicht verstopfen kann. Der Rußabbrand erfolgt also nicht durch bloßes Aufheizen und somit thermisches Abbrennen der Rußpartikel, sondern vielmehr über massiven Elektronenbeschuss innerhalb der Kanäle.
Diese Vorgangsweise bedingt allerdings eine Hochspannungstauglichkeit des Wabenfilters. Es ist daher entscheidend, die Anordnung der wechselseitig offenen und verschlossenen Kanäle richtig zu wählen. Statt der eingangs erwähnten schachbrettartigen Verteilung der an ihrer Stirnseite entweder offenen oder verschlossenen Kanäle ist es bedeutend zweckmäßiger, wenn die im jeweils gleichen Normalabstand von der Elektrode verlaufenden Kanäle an ihrer Stirnseite entweder alle offen oder alle verschlossen sind. Durch diese an der Einströmseite des Abgases vorgesehenen Anordnung der verschlossenen und offenen Kanäle wird erreicht, dass zwischen benachbarten Kanälen, die jeweils denselben Normalabstand von den Elektroden aufweisen, kein Druckunterschied herrscht und daher die Rußpartikel nur in den im wesentlichen parallel zu den Elektroden verlaufenden Wänden der Kanäle Rußpartikel abgelagert werden, wodurch der elektrische Widerstand dieser Wände sinkt. Diese Wände einander benachbarter Kanäle, durch die Rußdurchtritt tatsächlich stattfindet, liegen aber jeweils auf gleichem Potential, sodass die Abnahme des elektrischen Widerstandes unerheblich ist, wogegen die senkrecht zu den Elektroden verlaufenden Wände nicht mit Rußpartikel angereichert werden und deren elektrischer Widerstand daher im wesentlichen gleich hoch bleibt, und sich kein nennenswerter Stromfluß über diese Wände ergibt. Dadurch bleibt die erforderliche elektrische Leistung gering und ermöglicht die Beaufschlagung des Wabenfilters mit Impulsen, wobei die Dauer der Impulse sowie der dazwischenliegenden Pausen über einen weiten Bereich variieren kann.
Bei der Festlegung der Impulsdauer der einzelnen Spannungsimpulse empfiehlt es sich, die folgenden begrenzenden Bedingungen einzuhalten, um die Eigenschaften des erzeugten Impulsfeld-Plasmas für dessen Anwendung bei keramischen Wabenfiltern zu optimieren:
• die aus einer der Wände des Kanals austretenden Elektronen müssen innerhalb der Pulsdauer die gegenüberliegende Wand erreichen können und
• die Impulsdauer darf nicht die Ausbildung eines Vorfunkens ("streamer") erlauben.
Zur Abschätzung einer unteren Schranke Ti der Pulsdauer aus geometrischen Gegebenheiten des Wabenfilters ist es notwendig, daß die Wege der Elektronen im Abgas während einer Impulsbreite größer sind als der Abstand der Wände des Kanals in Feldrichtung, also
wobei ω [c 2/Vs] die Beweglichkeit der freien Elektronen im elektrischen Feld, E [V/cm] die elektrische Feldstärke, x± [sec] die Pulsdauer und d [cm] die Distanz zwischen den Kanalwänden in Feldrichtung bedeuten.
Soll ein größerer Teil der gebildeten Elektronen zur Oxidation des Rußes ausgenützt werden, muß diese Bedingung zu
verschärft werden.
Die Beweglichkeit ω freier Elektronen in einem höheren elektrischen Feld beträgt ca.
ω» 10+3 /cmWs/
so daß die erste Bedingung zu der Ungleichung
oder, wenn für ω eingesetzt und nach τ umgeformt wird
lautet .
Die zweite Bedingung muß experimentell ermittelt werden, da sie durch die Anzahl der porösen keramischen Trennwände des Wabenkörpers bestimmt wird. Ohne diese Trennwände liegt die Zeit zur Ausbildung eines Vorfunkens etwa zwischen 0,2 μs und 0,5 μs . Durch die zahlreichen Trennwände zwischen den Kanälen eines Wabenkörpers kann für die erlaubte obere Schranke τ2 der Pulsbreite τ und im Rahmen realistischer Feldstärken folgendes offene Intervall geschätzt werden:
5.10-6 > τ2 > 2.10 Isl Man erhält daher nach experimenteller Klärung der oberen Schranke τ2 der Impulsbreite τ etwa die folgende Einschränkung
5.10"6 > τ » 10_3d/E Isl,
die in Bezug auf das Verhältnis d/E frei gestalten werden kann. Da aus Gründen der Baugröße und der gesamten Filterfläche zweckmäßigerweise d mit etwa 0,1cm angesetzt werden kann, ergibt sich
5.10-6 > τ » 10~4/E Isl
und bei einer Impulsfeldstärke von etwa 3 kV/cm
5.10"6 > τ » 3.10"8 Isl,
so daß die Pulsbreite eines unipolaren Impulses oder des unipolaren Impulsanteils eines bipolaren Impulses mit einer Feldamplitude von etwa 3 kV/cm für ein effizientes Abbrennen des Rußes innerhalb folgendem offenen Intervall verfügbar ist:
5.10"6 > τ > 10 ~7 Isl,
also etwa zwischen 0,1 μs und 5 μs.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil, daß die Abscheidung der Rußpartikel durch die Feldimpulse beeinflußt werden kann und durch einen Wechsel der Polarität sichergestellt ist, daß die Rußpartikel an beiden parallel zu den Elektroden verlaufenden Trennwänden eines jeden Kanals abgeschieden und durch das entstehende Plasma oxidiert werden. Dabei kann der Wechsel der Polarität nach jedem einzelnen Impuls oder aber auch nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen erfolgen.
Die eine Elektronenemission, bzw. eine erhebliche Beschleunigung der Elektronen bewirkenden Spannungsimpulse können aber auch als hochfrequente Impulse auf einer Folge von bipolaren niederfrequenten Impulsen mit einer Impulsdauer von mindestens 10ms, wobei die Impulsdauer der niederfrequenten Impulse aber auch 2 bis 3sec betragen kann, aufmoduliert sein. Es muß dabei lediglich sichergestellt sein, daß die an den Elektroden anliegende Spannung soweit absinkt, um eine nennenswerte Elektronenemission, bzw. Beschleunigung derselben in den Kanälen des Wabenkörpers zu vermeiden. Dabei kann der Wechsel der Polarität der hochfrequenten Spannungsimpulsen beim Wechsel der Polarität der niederfrequenten Impulse erfolgen.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 wird eine Aufladung der Rußpartikel vor deren Eintitt in den Wabenkörper erreicht, wodurch die Abscheidung der Rußpartikel verbessert wird.
Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich bei Einhaltung der im Anspruch 5 genannten Bedingungen.
Durch die im Anspruch 6 angegebenen Bedingungen läßt sich eine entsprechende Anpassung der Dauer der Spannungsimpulse an die im jeweiligen Wabenkörpere gegebenen geometrischen Verhältnisses erreichen.
Durch die Merkmale des Anspruches 7 ist einerseits sichergestellt, dass ein genügend starkes elektrisches Impulsfeld aufgebaut wird, um eine sichere Abscheidung und Umwandlung der Rußpartikel zu gewährleisten und andererseits die Spannungsquelle und der Wabenkörper vor einer Überlastung geschützt werden.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 8 vorzusehen. Dabei ergibt sich auch eine sehr gute Anpassung der Abscheidung der Rußpartikel an die in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu erwartende Partikelmenge.
Durch die Merkmale des Anspruches 9 ergibt sich der Vorteil, daß es durch die hohen elektrischen Feldstärken in den Kanälen des Wabenkörpers neben einer Abscheidung und Umwandlung von Rußpartikel überdies zu einer Dissoziierung von im Abgas enthaltenem NOx kommt.
Dabei ist es besonders vorteilhaft die Bedingungen gemäß dem Anspruch 10 einzuhalten.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, daß zwischen den durch eine senkrecht zu den Elektroden verlaufende Wand getrennten jeweils benachbarten Kanälen keine Druckdifferenzen auftreten und es daher im Bereich dieser Wände zu praktisch keiner Ablagerung von Rußpartikel kommt, sodaß diese Wände einen entsprechend hohen elektrischen Widerstand beibehalten. Dadurch wird die Ausbildung eines entsprechend hohen elektrischen Impulsfeldes im Inneren der Kanäle aufgrund der an die Elektroden angelegten Spannungsimpulsen ermöglicht.
Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein schematisch.es Explosionsbild der Anordnung einer zylindrischen Ausführungsform des Filters zwischen einer trichterförmigen Zuleitung von Abgas und einer Abführung;
Fig. 2 eine Illustration der wechselseitig offenen und geschlossenen Kanäle zum besseren Verständnis der nachfolgenden Figuren;
Fig. 3 schematisch einen Ausschnitt aus einer Stirnansicht eines Wabenkörpers gemäß Fig. 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 4 schematisch einen Längsschnitt durch einen Wabenkörper gemäß Fig . 1 ;
Fig. 5 eine alternative Ausführungsform des Wabenkörpers unter Verwendung eines rechteckigen Querschnitts;
Fig. 6 schematisch eine Stirnansicht des Wabenkörpers entlang der Linie VI in Fig. 5;
Fig. 7 schematisch einen Längsschnitt durch einen Wabenkörper entlang der Linie VII-VII in Fig. 5; und
Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Erzeugung der Impulsfolge zur Beaufschlagung der Elektroden.
Fig. 1 zeigt die bevorzugte Ausführungsform des Filters, bei der eine zylindrische Geometrie des Wabenkörpers 6 mit einer zentrischen, axial verlaufenden Bohrung 7 gewählt wird. Diese Bohrung 7 ist beidseitig mit einem Pfropfen 8 aus isolierendem Material verschlossen. Innerhalb des so entstehenden Hohlraumes befindet sich eine Elektrode 3 (in Fig. 1 nicht dargestellt) , die an der Innenseite der Mantelfläche des Wabenkörpers befestigt ist und über eine geeignete Zufuhr (in Fig. 1 nicht gezeigt) mit Hochspannung beaufschlagt wird. Eine sorgfältige Versiegelung der Bohrung 7 ist entscheidend, um die Bildung von Leitfähigkeitsbrücken zwischen den Elektroden 3 und 4 aufgrund von Rußablagerungen zu verhindern.
Wie aus der Fig. 3, die einen Ausschnitt der Einströmseite eines aus einer porösen Keramik hergestellten Wabenkörpers zeigt, zu ersehen ist, sind jeweils den gleichen Normalabstand von den an den Mantelflächen angeordneten Elektroden 3, 4 aufweisende Kanäle 1, 2 an der Einströmseite entweder mit Stopfen 5 verschlossen (Kanäle 2) oder offen (Kanäle 1) .
Die lichte Höhe der Kanäle 1, 2, d.h. deren senkrecht zu den Elektroden 3, 4 verlaufende Querschnittserstreckung, beträgt zweckmäßigerweise weniger als 0,2cm, vorteilshafterweise weniger als 0,1cm, und ist daher kleiner als für die Ausbildung eines Vorfunkens (Ξtreamer) mit vollem Ionisationsfeld erforderlich ist.
Dabei sind die einander benachbarten Lagen von Kanälen 1 und 2 ziegelmauerartig gegeneinander versetzt angeordnet, wobei an der Einströmseite 9 die einander in radialer Richtung, bzw. in Richtung senkrecht zu den Elektroden 3 , 4 benachbarten Lagen von Kanälen 1 und 2 abwechselnd verschlossen oder offen sind. Wie aus den Figuren 2 und 4 zu ersehen ist, sind die an der Einströmseite 9 offenen Kanäle 1 an der Ausströmseite 10 durch Stopfen 5 verschlossen und vice versa. Dadurch sind die den Wabenkörper durchströmenden Abgase gezwungen, die parallel zu den Elektroden 3, 4 verlaufenden durchgehenden Wände zwischen einen unterschiedlichen Normalabstand von den Elektroden 3, 4 aufweisenden Kanälen 1 , 2 zu durchströmen.
Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform des Filters, bei dem Wabenkörper mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitten vorgesehen sind. In diesem Fall ist die innere Elektrode 3 zwischen zwei Wabenkörpern 11, 12 mit jeweils rechteckigem Querschnitt angeordnet. Die innere Elektrode 3, die etwa aus einer leitenden Keramik gebildet ist, ist dabei von isolierendem Material 14, etwa einer isolierenden Keramik, vollständig umgeben. Wie in Fig. 6 ersichtlich, sind somit an der Stirnseite des Filters die beiden Wabenkörper 11, 12 durch eine isolierende Schicht 14 getrennt. Es ist ferner ersichtlich, wie die Kanäle 1, 2 ziegelmauerartig gegeneinander versetzt sind und die Öffnungen jener Kanäle, die einen gleichen Normalabstand von der isolierenden Trennschicht und somit auch von der Elektrode 3 aufweisen, entweder alle verschlossen oder offen sind. Die Einkopplung der Hochspannung erfolgt über eine Zuleitung 13 , wie in den Figuren 5 und 7 schematisch dargestellt ist. Fig. 7 zeigt dabei einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 5, die Kanäle scheinen daher alle mit offenem Querschnitt auf. Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen aus einer Gleichspannungsquelle 15. Die Gleichspannung, vorzugsweise 12-24 V, wird dabei in einen DC- DC-Wandler 16 eingespeist, der an einen Steuerteil 17 gekoppelt ist. Der Steuerteil 17 verarbeitet etwa Informationen über motorspezifische Daten wie Druck, Drehzahl oder Temperatur. Ein Impulswandler 18 formiert schließlich Impulsfolgen, bei denen die Polarität aufeinanderfolgender Impulse entweder stets wechselt oder erst nach einer Folge von Impulsen gleicher Polarität. Bei der in Fig. 8 gezeigten Schaltung ist weiters vorgesehen, das Ausgangssignal des Impulswandlers 18 einer Strom- und Spannungsmessung 19, 20 zu unterziehen und diese Information ebenfalls im Steuerteil 17 zu verarbeiten. Mit den von einer Schaltung dieser Art gelieferten Hochspannungsimpulsen von 10-50 kV wird vorzugsweise die Elektrode 3 beaufschlagt, wobei die Elektrode 4 auf Masse liegt. Aufgrund dieser Spannungsimpulse bildet sich in den Kanälen 1, 2 ein elektrisches Impulsfeld aus.
Dabei wird ein Durchzünden des elektrischen Feldes dadurch verhindert, daß ein hochfrequentes Impulsfeld entweder unipolar oder auch bipolar ein- und ausgeschaltet wird, also sowohl nach einem unipolaren Impuls als auch nach einem bipolaren Impuls jeweils eine Pause eingefügt wird. Diese Pause dient zur Zerstreuung der Ionen des Vorfunkens durch Drift in Resten des elektrischen Feldes und Diffusion. Treten trotz dieser Maßnahmen Funken auf, so können diese detektiert und erfindungsgemäß die Pausen zwischen den einzelnen Impulsen verlängert werden.
Auch können erfindungsgemäß Impulse einer Polarität mehrfach wiederholt werden, um dann von Impulsen der anderen Polarität gefolgt zu werden. Insbesondere können hochfrequente Impulse einer Polarität jeweils auf einem niederfrequenten Impuls der gleichen Polarität sitzen, dessen Polarität sich mit dem Polaritätswechsel der hochfrequenten Impulse ebenfalls ändert. Von ganz besonderem Vorteil ist das erfindungsgemäße Impulsfeld-Verfahren durch die vorherige Aufladung der Rußteilchen in einer elektrischen Entladung, da durch den Beitrag der elektrischen Abscheidung im Impulsfeld, die den Ruß nicht in unmittelbarer Nähe der Poren deponiert, sowohl den reversiblen als auch den irreversiblen Anteil des Druckaufbaues stark verzögert.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Filteranordnung zum Abscheiden und Umwandeln von Rußpartikel aus einem Abgasstrom, insbesondere einer Diesel -Brennkraftmaschine, in gasförmige Substanzen, bei dem das Abgas durch axial verlaufende Kanäle eines aus einer porösen Keramik hergestellten Wabenfilters hindurchgeleitet wird und an parallel zu den Kanälen verlaufenden Elektroden eine Spannung an den Wabenfilter angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (1, 2) des Wabenfilters lediglich jeweils an einer Stirnseite
(9) des Filters offen und an der jeweils anderen Stirnseite
(10) verschlossen sind, in der Art, dass die im jeweils gleichen Normalabstand von den Elektroden (3, 4) verlaufenden Kanäle (1, 2) an ihrer Stirnseite (9) entweder alle offen oder alle geschlossen sind, und an die Elektroden (3, 4) angelegte Spannungsimpulse in den Kanälen
(1, 2) ein senkrecht zu deren Längserstreckung verlaufendes elektrisches Impulsfeld erzeugen.
2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nebeneinanderliegende, einen unterschiedlichen Normalabstand zu den Elektroden aufweisende Kanäle ziegelmauerartig gegeneinander versetzt sind und die Querschnittserstreckung der Kanäle senkrecht zu der Elektrode erheblich geringer ist als parallel zu dieser.
3. Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsimpulse mit unterschiedlicher Polarität an die Elektroden angelegt werden, wobei der Wechsel der Polarität nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen erfolgt.
4. Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase vor dem Einleiten in den Filter elektrisch geladen werden.
5. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Spannungsimpulse mit einer Dauer von 10"8 bis 2«10"5 sek. , vorzugsweise 10"7 bis 5«10"δ sek verwendet werden, wobei diese Impulse bei 120°C eine Feldstärke von mindestens 2kV/cm, vorzugsweise mindestens 3kV/cm in den Kanälen (2) des Wabenfilters erzeugen, wobei bei 400°C eine Feldstärke von mindestens 0,5kV/cm, vorzugsweise mindestens lkV/cm in den Kanälen des Wabenfilters erzeugen.
6. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsimpulse mit einer in Abhängigkeit von der Beweglichkeit der Elektronen im elektrischen Feld gewählten Impulsdauer verwendet werden, wobei die Dauer der Spannungsimpulse der Beziehung:
2«10"5 > τ > d/E»10"3 cm3/V sec vorzugsweise der Beziehung:
5»10"6 > τ > d/E«10"3 cm2/V sec entspricht, wobei d die Breite der Kanäle in Richtung des elektrischen Feldes in cm und E die Feldamplitude in V/cm bedeuten.
7. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß allfällig auftretende Funkenentladungen erfaßt und nach jeder Funkenentladung die Dauer der Spannungsimpulse schrittweise verkleinert oder die Dauer der Pausen zwischen je zwei Spannungsimpulsen schrittweise vergrößert wird.
8. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei geringem Rußanfall die Pausen zwischen den Spannungsimpulsen verlängert werden, wobei zur Erfassung des Rußanfalls, der Druckabfall über dem Wabenkörper und bzw. oder spezifische Betriebsdaten der Brennkraftmaschine, wie z.B. Einspritzmenge, Drehzahl und Temperatur erfaßt und ausgewertet werden.
9. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Spannungsimpulse mit einer Dauer von 3*10"9 bis 5*10"s sek., vorzugsweise 10~8 bis 10"6 sek verwendet werden, wobei diese Impulse eine Feldstärke von mindestens 15kV/cm, vorzugsweise mindestens 30kV/cm in den Kanälen des Wabenfilters erzeugen.
10. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsimpulse mit einer in Abhängigkeit von der Beweglichkeit der Elektronen im elektrischen Feld gewählten Impulsdauer verwendet werden, wobei die Dauer der Spannungsimpulse der Beziehung:
5«10"β > τ > d/E«10"3 cm2/V sec vorzugsweise der Beziehung:
10"s > τ > d/E«10"3 cm2/V sec entspricht, wobei d die Breite der Kanäle in Richtung des elektrischen Feldes in cm und E die Feldamplitude in V/cm bedeuten.
Der Patentanwalt
Kliment
EP00978922A 1999-11-10 2000-11-09 Filteranordnung zum abscheiden von russpartikel aus einem abgasstrom Expired - Lifetime EP1229992B1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT00978922T ATE259255T1 (de) 1999-11-10 2000-11-09 Filteranordnung zum abscheiden von russpartikel aus einem abgasstrom

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0189799A AT409653B (de) 1999-11-10 1999-11-10 Verfahren und vorrichtung zum abscheiden von russpartikel aus einem abgasstrom, insbesondere einer diesel-brennkraftmaschine
AT189799 1999-11-10
PCT/AT2000/000294 WO2001034281A1 (de) 1999-11-10 2000-11-09 Filteranordnung zum abscheiden von russpartikel aus einem abgasstrom

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1229992A1 true EP1229992A1 (de) 2002-08-14
EP1229992B1 EP1229992B1 (de) 2004-02-11

Family

ID=3523391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00978922A Expired - Lifetime EP1229992B1 (de) 1999-11-10 2000-11-09 Filteranordnung zum abscheiden von russpartikel aus einem abgasstrom

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7041157B1 (de)
EP (1) EP1229992B1 (de)
JP (1) JP2003514180A (de)
AT (1) AT409653B (de)
AU (1) AU1644001A (de)
DE (1) DE50005277D1 (de)
WO (1) WO2001034281A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006050546A1 (de) 2004-11-09 2006-05-18 Fleck Carl M Verfahren und filteranordnung zum abscheiden von russpartikeln
WO2006131406A1 (de) * 2005-06-08 2006-12-14 Fleck Carl M Vorrichtung zum abscheiden von russpartikel aus einem abgasstrom

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1419002A1 (de) * 2001-08-25 2004-05-19 Accentus plc Nicht-thermischer plasmareaktor
FR2830275B1 (fr) * 2001-10-01 2004-06-11 Renault Systeme de traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion
AT6349U3 (de) * 2003-06-04 2004-04-26 Avl List Gmbh Verfahren zur bestimmung charakteristischer eigenschaften von russpartikeln
JP3775417B2 (ja) * 2004-02-09 2006-05-17 ダイキン工業株式会社 放電装置及び空気浄化装置
US7210363B2 (en) * 2004-08-04 2007-05-01 Camfil Farr, Inc. Scan testable filter housing assembly for exhaust applications
DE102006035053A1 (de) * 2005-09-20 2007-03-22 Robert Bosch Gmbh Filterelement und Rußfilter mit geometrisch ähnlichen Kanälen
DE102005045015A1 (de) * 2005-09-21 2007-03-29 Robert Bosch Gmbh Filterelement und Rußfilter mit verbesserter Thermoschockbeständigkeit
AT502666B8 (de) * 2005-12-16 2007-07-15 Porzellanfabrik Frauenthal Gmb Verfahren und wabenkörper zum reinigen und/oder regenerieren von gasen
WO2007116668A1 (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Ngk Insulators, Ltd. 排気ガス浄化装置
JP2012504039A (ja) * 2008-09-30 2012-02-16 パーキンズ エンジンズ カンパニー リミテッド フィルタを再生する方法および装置
EP2172271B1 (de) * 2008-10-01 2018-08-29 General Electric Technology GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der einem elektrostatischen Filter zugeführten Leistung
US20110146234A1 (en) * 2009-12-23 2011-06-23 Caterpillar Inc. Power system having additive injector
AT509854B1 (de) * 2010-07-22 2011-12-15 Fleck Carl M Dr Regelung eines plasmaregenerierten russfilters

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4376637A (en) * 1980-10-14 1983-03-15 California Institute Of Technology Apparatus and method for destructive removal of particles contained in flowing fluid
US4417908A (en) * 1982-02-22 1983-11-29 Corning Glass Works Honeycomb filter and method of making it
DE3608801A1 (de) * 1986-03-15 1987-09-17 Fev Forsch Energietech Verbr Verfahren und vorrichtung zur regeneration von partikelfiltersystemen
DE3804385C1 (de) * 1988-02-12 1989-02-16 Knecht Filterwerke Gmbh, 7000 Stuttgart, De
US4979364A (en) 1988-03-11 1990-12-25 Fleck Carl M Diesel fuel exhaust gas filter
AT404285B (de) * 1988-03-11 1998-10-27 Fleck Carl M Dr Vorrichtung zur abscheidung und verbrennung von russpartikeln in dieselabgasen
US5141714A (en) * 1989-08-01 1992-08-25 Kabushiki Kaisha Riken Exhaust gas cleaner
US5034023A (en) * 1989-12-21 1991-07-23 Corning Incorporated Ceramic honeycomb structures as oxygen separators or concentrators
DE59100781D1 (de) * 1990-04-23 1994-02-10 Fleck Carl M Verfahren und vorrichtung zur reinigung von abgasen von partikeln.
US5402639A (en) * 1990-07-02 1995-04-04 Fleck; Carl M. Device for cleaning exhaust gases
JP2919987B2 (ja) * 1991-03-05 1999-07-19 日本碍子株式会社 抵抗調節型ヒーター
JP3000750B2 (ja) * 1991-09-20 2000-01-17 株式会社デンソー 自己発熱型フィルタ
JPH06182224A (ja) * 1992-09-18 1994-07-05 Nippondenso Co Ltd 自己発熱型ハニカムフィルタ
US5711147A (en) * 1996-08-19 1998-01-27 The Regents Of The University Of California Plasma-assisted catalytic reduction system
US5853437A (en) * 1997-07-18 1998-12-29 Peter; Klaus J. Self-cleaning and self-sealing particle filter
GB2351923A (en) * 1999-07-12 2001-01-17 Perkins Engines Co Ltd Self-cleaning particulate filter utilizing electric discharge currents
US6660061B2 (en) * 2001-10-26 2003-12-09 Battelle Memorial Institute Vapor purification with self-cleaning filter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0134281A1 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006050546A1 (de) 2004-11-09 2006-05-18 Fleck Carl M Verfahren und filteranordnung zum abscheiden von russpartikeln
WO2006131406A1 (de) * 2005-06-08 2006-12-14 Fleck Carl M Vorrichtung zum abscheiden von russpartikel aus einem abgasstrom
US7776140B2 (en) 2005-06-08 2010-08-17 Fleck Carl M Device for removing soot particles from an exhaust gas stream

Also Published As

Publication number Publication date
AU1644001A (en) 2001-06-06
ATA189799A (de) 2002-02-15
US7041157B1 (en) 2006-05-09
WO2001034281A1 (de) 2001-05-17
DE50005277D1 (de) 2004-03-18
EP1229992B1 (de) 2004-02-11
JP2003514180A (ja) 2003-04-15
AT409653B (de) 2002-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1229992B1 (de) Filteranordnung zum abscheiden von russpartikel aus einem abgasstrom
DE602004000467T2 (de) Abgasreinigungsvorrichtung
WO2006050546A1 (de) Verfahren und filteranordnung zum abscheiden von russpartikeln
WO2010012550A1 (de) Verfahren zum betrieb einer vorrichtung aufweisend zumindest einen elektrisch beheizbaren wabenkörper
DE10057862C1 (de) Verfahren zur Verminderung kohlenstoffhaltiger Partikelemissionen von Dieselmotoren und zugehörige Anordnung
DE19518970C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abgas
EP1517737B1 (de) Plasma-russfilter
DE60320090T2 (de) Reaktor zur plasmabehandlung eines gasstroms insbesondere von abgasen aus einem verbrennungsmotor eines kraftfahrzeugs
WO2014114408A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur behandlung eines partikel aufweisenden abgases
EP1375851A1 (de) Plasmareaktor, Verfahren zu dessen Herstellung und Einrichtung zur Behandlung von Abgasen in Verbrennungsmotoren
WO2012172033A1 (de) Vorrichtung mit einem elektrisch beheizbaren wabenkörper und verfahren zum betreiben des wabenkörpers
DE60223186T2 (de) Behandlungssystem für Abgas und dessen Verwendung
EP0840838B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur zerlegung von stickstoffoxiden in abgasen von verbrennungsmotoren
DE10344489B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Ausfilterung von Ruß aus Abgasen oder Aerosolen aus Abluft und zur plasmagestützten Behandlung von Abgas oder von Abluft
DE3829048A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum regenerieren eines russpartikel-abbrennfilter
EP0885647A2 (de) Vorrichtung zur Dissoziation von im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen enthaltenen Stickstoffoxiden
WO2006128711A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verminderung des partikelanteils in abgasen
EP1990098A2 (de) Wall-flow-Filter mit geringem Druckaufbau
DE102011010369A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Zünden eines Verbrennungsgemisches
EP1990097A2 (de) Wall-Flow-Filter mit unbegrenzter Zeitstandsfestigkeit
EP2616181B1 (de) Vorrichtung zur erzeugung eines elektrischen feldes in einem abgassystem
DE10353313B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion der in einem Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide
AT509854B1 (de) Regelung eines plasmaregenerierten russfilters

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20020507

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: TR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20040211

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20040211

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20040211

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20040211

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20040211

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: GERMAN

REF Corresponds to:

Ref document number: 50005277

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20040318

Kind code of ref document: P

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20040511

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20040511

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20040511

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20040522

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 20040520

LTIE Lt: invalidation of european patent or patent extension

Effective date: 20040211

NLV1 Nl: lapsed or annulled due to failure to fulfill the requirements of art. 29p and 29m of the patents act
REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FD4D

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20041109

ET Fr: translation filed
PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20041130

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20041130

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20041130

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20041130

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20041112

BERE Be: lapsed

Owner name: *FLECK CARL MARIA

Effective date: 20041130

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

BERE Be: lapsed

Owner name: *FLECK CARL MARIA

Effective date: 20041130

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20040711

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20100506

Year of fee payment: 10

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Payment date: 20100413

Year of fee payment: 10

Ref country code: DE

Payment date: 20100416

Year of fee payment: 10

Ref country code: IT

Payment date: 20100427

Year of fee payment: 10

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20100430

Year of fee payment: 10

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20101109

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20110801

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20101109

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 50005277

Country of ref document: DE

Effective date: 20110601

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 50005277

Country of ref document: DE

Effective date: 20110531

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20101130

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20101109

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20101109

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110531